电子技术基础（第五版）课件 第13章 脉冲产生电路和定时电路

课题十三脉冲产生电路和定时电路13.1基本概念13.2555集成定时器电路13.3定时器的应用课题小结

13.1基本概念

13.1.1几种常见的脉冲信号波形

“脉冲”从字面可理解到脉动和短促的意思。我们所讨论的脉冲信号是指在短暂时间间隔内作用于电路的电压或电流。从广义来说，各种非正弦信号统称为脉冲信号。脉冲信号的波形多种多样，图13.1给出了几种常见的脉冲信号波形。图13.1几种常见的脉冲信号波形

13.1.2脉冲信号波形参数

为了表征脉冲波形的特性，以便对它进行分析，我们仅以矩形脉冲波形为例，介绍脉冲波形的参数。如图13.2所示的矩形脉冲波形，可用以下几个主要参数表示：

(1)脉冲幅度Um

——脉冲电压的最大变化幅度；

(2)脉冲宽度tw——从脉冲前沿0.5Um至脉冲后沿0.5Um的时间间隔；

(3)上升时间tr——脉冲前沿从0.1Um上升到0.9Um所需要的时间；

(4)下降时间tf——脉冲后沿从0.9Um下降到0.1Um所需要的时间；

(5)脉冲周期T——周期性重复的脉冲中，两个相邻脉冲上相对应点之间的时间间隔。有时也用脉冲重复频率f=1/T表示，f表示单位时间内脉冲重复变化的次数。

13.2555集成定时器电路

13.2.1电路组成图13.3所示为CC7555的电路和外引线排列图。由图13.3(a)可以看出，电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、MOS管构成的放电开关和输出驱动电路等几部分组成。13.3CC7555集成定时电路

1.电阻分压器

电阻分压器由3个阻值相同的电阻串联构成。它为两个比较器A1和A2提供基准电平。如引脚5悬空，则比较器A1的基准电平为2/3UDD，比较器A2的基准电平为1/3UDD。如

果在引脚5外接电压，则可改变两个比较器A1和A2的基准电平。当引脚5不外接电压时，通常接0.01μF的电容，再接地，以抑制干扰，起稳定电阻上的分压比的作用。

2.电压比较器

3.基本RS触发器

基本RS触发器由两个或非门组成，它的状态由两个比较器的输出控制。根据基本RS触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。

4.放电开关管和输出缓冲级

13.2.2工作原理及特点

综上所述，可以列出CC7555集成定时器的功能表，如表13.2所示。CC7555定时器是一种功能强、电路简单、使用十分灵活、便于调节的电路，具有功耗低、电源电压范围宽(3~18V)、输入阻抗极高、定时元件的选择范围大等特点，但输出电流(在4mA以下)比双极型定时器(如5G555)小(最大负载电流200mA)。

13.3定时器的应用

13.3.1单稳态触发器单稳态触发器是一种只有一个稳定状态的电路，它的另一个状态是暂稳态。在外加触发脉冲作用下，电路能够从稳定状态翻转到暂稳状态，经过一段时间后，靠电路自身的作用，将自动返回到稳定状态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw的矩形波。在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度tw就是暂稳态的维持时间，其长短取决于电路自身的参数，而与触发脉冲无关。

图13.4CC7555构成的单稳态触发器

2.工作原理

1)电路的稳态

2)在外加触发信号作用下，电路从稳态翻转到暂稳态

3)自动返回过程

4)恢复过程

3.输出脉冲宽度tw

4.单稳态触发器的应用

单稳态触发器是常见的脉冲基本单元电路之一，它被广泛地用作脉冲的定时和延时。

1)脉冲的定时

由于单稳态触发器能产生一定宽度(tw)的矩形输出脉冲，利用这个矩形脉冲去控制某电路，使它在tw时间内动作(或不动作)，这就是脉冲的定时。如图13.5(a)所示是利用输出宽度为tw的矩形脉冲作为与门输入信号之一，只有在tw时间内，与门才开门，信号A才能通过与门，工作波形如图13.5(b)所示。图13.5单稳态电路的定时作用

2)脉冲的延时

图13.6(a)所示电路利用单稳态电路的输出uo作为其他电路的触发信号。由图13.6(b)可见，uo

的下降沿比输入触发信号ui的下降沿延迟了tw。因此，利用uo下降沿去触发其他电路(例如JK触发器)，比用ui下降沿触发时延迟了tw，这就是单稳态电路的延时作用。图13.6单稳态电路的延时作用

13.3.2多谐振荡器

在数字电路中，常常需要一种不需外加触发脉冲就能够产生具有一定频率和幅度的矩形波的电路。由于矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波成分，因此我们称这种电路为多谐振荡器。它常常用作脉冲信号源和电子自动开关等。

多谐振荡器没有稳态，只具有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，其主要参数是振荡周期T。

图13.7CC7555构成的多谐振荡器

2.工作原理

3.电路振荡周期T

对于图13.7所示的多谐振荡器电路，由于电容充、放电途径不同，因而C的充电和放电时间常数不同，使输出脉冲的宽度t1和t2也不同。在实际应用中，常常需要调节t1和t2。在此，引进占空比的概念。输出脉冲的占空比为

图13.7

将图13.7所示电路稍加改动，就可得到占空比可调的多谐振荡器，如图13.8所示。在图13.8中加了电位器Rp，并利用二极管VD1和VD2将电容C的充电回路分开，充电回路为R1、VD1和C，放电回路为C、VD2和R2。该电路的振荡周期为

13.3.3施密特触发器

施密特触发器是数字系统中常用的电路之一，它可以把变化缓慢的脉冲波形变换成为数字电路所需要的矩形脉冲。

施密特电路的特点在于它也有两个稳定状态，但与一般触发器的区别在于这两个稳定状态的转换需要外加触发信号，而且稳定状态的维持也要依赖于外加触发信号，因此它的触发方式是电平触发。

图13.9CC7555构成的施密特触发器

2.工作原理

3.施密特触发器的应用

施密特触发器的用途十分广泛，它主要用于波形变化、脉冲波形的整形及脉冲幅度鉴别等。

1)波形变换

将变化缓慢的非矩形波变换为矩形波，如图13.10所示。图13.10波形变换

2)脉冲整形

将一个不规则的或者在信号传送过程中受到干扰而变坏的波形经过施密特电路，可以得到良好的波形，这就是施密特电路的整形功能，如图13.11所示。图13.11波形的整形

3)脉冲幅度鉴别

利用施密特电路，可以从输入幅度不等的一串脉冲中，去掉幅度较小的脉冲，保留幅度超过UT+的脉冲，这就是幅度鉴别，如图13.12所示．图13.12脉冲幅度鉴别图13.12脉冲幅度鉴别

课题小结

本课题首先介绍了常见的脉冲波形和主要参数，然后介绍了中规模集成电路CC7555定时器的电路组成、功能和应用。555定时器是一种使用方便、功能灵活多样的集成器件，它的应用十分广泛，只需外接几个阻容元件就可以构成各种不同用途的脉冲电路。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，属于自激的脉冲振荡电路，它不需要外界的触发信号就可以自动产生具有一定频率和幅度的矩形脉冲。多谐振荡器主要用作脉冲信号源和电子自动开关等。

单稳态触发器只有一个稳态，在外加触发信号的作用下，可以从稳态翻转为暂稳态。依靠电路自身定时元件的充、放电作用，经过一段